指向高阶思维的学生化学实验能力培养策略

瞿 洋

化学课程教学实践的目的不仅是要让学生学习丰富的化学知识,还关注学生核心素养的发展。指向高阶思维的化学实验教学对学生核心素养的提升具有积极的推动作用。高中化学与高阶思维之间存在密切的联系,基于这种联系,高中化学能够助力学生高阶思维能力的良好发展,帮助学生充分发挥自身的潜能和价值。

一、高阶思维概念阐述

现阶段,许多研究者对高阶思维展开了系统地研究,但是关于高阶思维的定义尚不统一。布鲁姆最早围绕高阶思维的内涵展开了一定的讨论,他的教育目标分类学可以说是高阶思维研究的起点。之后安德森等人在布鲁姆的基础上进一步修订了教育目标分类学,这一学科也得到了广泛的认可。以布鲁姆的教育目标分类标准为依据,其中低阶思维包括记忆、应用、理解能力,高阶思维包括评价、分析、创造能力。国内对高阶思维的研究也有不少,其中钟志贤教授对高阶思维的概念进行了界定,他指出高阶思维指的是求解问题的能力、创新能力和批判性思维能力。文章深入讨论了高阶思维与化学课堂的结合,具体是指学生分析、创造、评价、解决化学问题的能力。

二、高中化学对学生的高阶思维要求

(一)分析思维

学生学习化学知识必须要具备分析思维,分析思维是学生从低阶思维向高阶思维转变的有效过渡。分析思维具体包括判断、分析、区别、对比、组织等内容,分为不同的层次。在基础层次,要求学生能够将一个复杂的化学任务进行有效分解,将一个任务内容分解成若干个子任务,从而降低化学任务的难度。在发展层次,要求学生能够明确梳理和总结分解成的各个任务部分之间的联系,能够顺利地运用分析工具。在提高层次,要求学生利用分析方法,顺利地总结出化学现象及知识规律。

(二)整体思维

整体思维又叫综合思维,指的是从整体、宏观的角度出发去看待问题和解决问题的一种思维方式。高中化学各个知识内容之间存在各种各样的联系,学生利用好综合思维分析和学习化学知识,建立起完善、全面的化学知识网络体系,才能够更加准确地从整体上把握课程内容。形成综合思维,能够让学生更高效、准确地解答化学问题,帮助学生拓展解题思路,提升学生的学习效果。高中化学知识点庞杂,但各个知识点并不是孤立存在的,每个知识内容都是一个个知识体系的重要组成,都与其他的知识点存在多重联系。因此,想要学好化学知识,必须要让学生形成综合思维,学生要建立“牵一发而动全身”的意识。比如,学生要明确化学反应和化学方程式之间的关系,在记忆化学方程式时,要同时记住反应物质的性质、化学实验的流程和步骤、化学实验反应的具体条件、化学结果现象等。

(三)批判性思维

批判性思维指的是学生能够形成一定的评价标准思维,逐步形成一定的思维技能和倾向。批判性思维绝对不是随意、没有原则的批判,而是必须要遵循一定的流程,要建立在评价、估计的基础之上,要按照一定的标准原则进行价值判定,才能够更有依据地对有效内容加以辩护,对与事实不符的内容进行批判并进行纠正。批判性思维是一种不破不立的思维,是学生学习化学知识必须要形成的一种思维,也是高阶思维的重要组成部分。

(四)创造性思维

创造性思维与其他思维类型相比具有明显的高度机动性。具备创造性思维的个体往往不会满足于现有的结论和方案,能够从全新的角度思考问题,总结和提出更为有效的解决问题的办法。具备创造性思维的个体经常会提出各种构想,尽管这些构想并不一定都能够真正落实,但是经过反复的思考和探究,往往能够找到解决问题困境的有效办法,从而为化解问题提出更为丰富的参考方案。创造性思维能够帮助人们打破常规范式,突破常有程式的束缚,个体通过多样组合获得全新的感受体验,深入体会和把握规律,最终得出全新的思维成果。创造性思维最为典型的特征在于敢于突破思维定式,个体能够合理地展开想象,突破原有思维的局限,从各种意想不到的角度探索和思考全新的问题解决方案,最终也往往能够获得出其不意的结果。可以说,创造性思维是高中化学思维最具备高阶特点的一种思维方式,是培养学生思维品质的一个重要的方向。创造性思维往往要以分析思维、综合思维、批判性思维为基础,要求学生具备勇于探索、敢于创新的精神和理念。现阶段高中教材中的知识内容、化学实验基本上是前人总结出来的结果,但高中化学课堂并不局限于学习教材中的理论知识,更强调开展化学实验教学。化学实验教学将原本停留在教材中的理论性知识内容以更为直观、更为具象的方式展现出来,为学生们学习化学提供了更为丰富的感性材料,让学生能够通过亲身实践深入理解和感受化学概念和原理,充分尊重了学生在化学课堂中的主体地位,学生能通过积极主动的实验探究,发展自身的科学探究意识和化学思想。在化学实验过程中,教师注重引导学生用创造性思维进行深入思考,冲破学习的障碍。

三、指向高阶思维的高中生化学实验能力培养的有效途径

(一)指向高阶思维,优化设计化学实验教学目标

高中化学教师在设计实验教学目标时,要紧紧围绕学生高阶思维能力发展的需要,立足于学生创新意识、批判性思维等方面发展的角度合理设计教学目标。面向高阶思维优化设计化学实验教学目标,要求化学教师关注学生的学习态度、学习能力和学科核心素养的发展,基于高阶思维为学生提供科学指导,注重发展学生的实验分析能力和实验结果评价能力。高中化学实验课堂中,元素化合物是十分重要的教学内容之一,这部分内容是帮助学生理解化学概念知识的基础所在,也是帮助学生开展化学实验的重要基础。化学教师在开展实验教学时,应当首先系统地整合化学知识,以便于学生开展系统化的高效学习。例如,在学习“二氧化硫和硝酸性质”这部分内容时,化学教师设计实验教学,整合二氧化硫性质、制备等方面的知识内容,带领学生细致观察实验现象,同时引导学生联系化学方程式对实验现象的实质展开分析,让学生结合实验现象进行案例分析,展开系统化学习,从而有效地培养学生的分析思维能力和综合思维能力,在记忆化学现象的同时探究化学反应的原因和过程。再如,在开展与葡萄糖相关的课程知识内容教学时,化学教师制定了“明确葡萄糖结构、性质、用途并探讨其之间的相互关系”的实验教学目标,引导学生建立控制实验条件的意识,以此来帮助学生逐步地发展高阶实验思维和创新意识,锻炼学生的高阶思维能力。

(二)注重高阶思维参与的全面性,巧妙设计实验问题

高中化学实验教学是发展学生高阶思维能力的有效场所,相比于低阶思维,高阶思维比例更高,因此高中化学实验教师培养学生高阶思维能力具有独特的优势。在实际操作中,高中化学教师应当首先设置清晰明确的实验教学目标,在此基础上制定具有挑战性、趣味性的实验学习主题,同时为学生精心设计实验问题。在设置实验问题时,高中化学教师绝不能盲目追求问题的难度,要提升问题的针对性,紧紧围绕化学课程标准要求和教材实验内容设计实验问题。化学教师还要关注学生现有能力、素质状况,了解学生当前的知识基础,考虑多方面影响因素优化设计实验内容并进行适当的强化拔高。比如,以“钠和水反应”课程内容为例,高中化学教师可以根据以下流程设置实验问题：第一,引导学生回顾已经掌握的关于钠和水的相关知识,引导学生大胆预测钠和水反应的产物,利用多媒体展示学生预测的具体结果。第二,组织学生对自己的猜想进行相互讨论,小组之间展开讨论确定所要使用的具体的实验方法和方案,在开始实验活动之前还要预测可能产生的实验现象,之后小组合作分组别开展实验活动。第三,在实验操作结束后,教师引导学生分析实验现象,总结得出结论。在上述实验流程中,学生基于现有知识预测化学反应产物是难度最大的一部分,在以往的活动中,学生们已经基本建立了化学物质分类、化学反应等方面的认识内容,但想要利用原有知识总结得出预测结果显然难度较大。为此,在这一环节,高中化学教师应当为学生提供科学引导,帮助学生从已经学习的复杂的知识内容中梳理、建立知识联系,引导学生顺利地得出预测结果。另外,在设计实验方案、确定检验方法等环节学生也可能感觉难度较大,需要教师引导学生利用以往所学的知识展开迁移,鼓励学生大胆探索。通过精心设计实验问题和实验环节,学生的观察能力、思维联系建构能力、解释说明能力均得到了良好的发展。尽管上述环节中有两个难度较大,但在化学教师的充分引导下,学生能够全面调动高阶思维能力开展实验活动,顺利地完成实验活动任务。在固有知识基础之上学生通过开展化学实验,提升了自身的学习能力。这种方式符合最近发展区的要求,保证每位学生均能够在原有的基础上有所收获。这种实验教学活动方式也符合化学课程标准,为学生运用高阶思维能力提供了充足的空间和机会,学生在实验学习过程中实现了高阶思维的全面参与,发挥了高阶思维能力助力学生实验能力发展的有效作用。

(三)关注知识迁移应用,创设完善科学的实验教学情境

高中生普遍具备良好的主观能动性,学生在遇到一个新的化学问题时往往能够自觉地运用已经学习过的知识内容尝试解决问题,这也是学生高阶思维的重要体现。因此,高中化学教师应当考虑到学生迁移能力的发展要求,合理创设教学情境,确保教学情境真实、科学、完善且具有一定的复杂性,为学生提供更为丰富、直观的情境体验,让学生能够沉浸在教师创设的化学实验教学活动情境中,深层理解化学知识内容,发挥知识迁移应用的有效性。从本质上讲,化学知识内容本身就具有一定的情境性,因此在特定的情境下学习化学知识和开展化学实验,既能够提升学生探索学习的兴趣和参与感,又能够充分发挥教学情境的支撑作用,帮助学生建构完整的知识系统,让学生将原本抽象的知识内容与实际生活巧妙地结合起来。比如,在“铁盐和亚铁盐检验与转换”实验课程中,化学教师在学生开展实验活动之前可以为学生创设实验情境,导入新课：“同学们都知道人体本身需要具有一定的微量元素来保障人体所需,铁元素是其中重要的组成部分。但是全世界范围内缺铁性贫血的病症十分常见,针对这种情况,越来越多的人开始服用葡萄糖酸亚铁等相关的补铁剂,这是为什么?同学们能够论证补铁时基本补充的是亚铁离子这一观点,如何检验补铁剂中存在的亚铁离子?”在情境的支持下,化学教师巧妙设置导入问题,让学生带着疑问展开实验探究活动,同时也让学生将对化学知识的学习过程和现实生活联系到了一起,引发学生深度思考,达到培养学生高阶思维能力和实验能力的效果。

(四)开展深度实验教学反思与评价

持续性评价是高中化学实验教学的重要组成部分,是化学教师进行教学设计时需要关注的重点内容。为达成培养学生高阶思维能力和化学实验能力的目标,高中化学教师要注重引导学生在化学实验中发现、分析各种异常的实验现象,引导学生总结实验结论和物质变化规律,并带领学生对实验结果、实验现象和总结的规律进行充分的反馈评价,反思整理实验活动中遇到的各种问题。想要保证化学实验教学的质量,确保化学实验教学活动能够满足学生深度学习和高阶思维能力发展的需要,高中化学教师必须要建设完善的教学反馈和评价机制,帮助学生再次回顾和认知抽象复杂的化学知识。在化学实验教学活动中,化学教师要从以下几个方面开展教学评价：首先,化学教师必须要关注教学评价的持续性,开展化学实验教学的目的并不仅仅是让学生通过实验活动得出正确结论和实验现象,而是要关注学生化学实验过程中高阶思维的应用,关注学生核心素养和实验能力的发展。为此,化学教师在开展实验教学时要注意各个环节、各个流程中学生学习的动态状况,建立持续性评价的方式评价反馈学生的高阶思维、核心素养等方面的发展。比如,在化学实验的准备阶段,高中化学教师要精心设计实验内容和问题,提前制定完善的评估清单,以便于后续对学生进行诊断性评价。化学教师要对学生在化学实验活动全过程中的知识学习情况进行客观评价,对各个阶段、环节学生的具体情况、表现,灵活地调整实验活动内容。化学教师要善于运用口头提问对学生进行形成性评价。在化学实验活动完成之后,化学教师还要对学生的具体表现进行总结性评价,可以采用较为传统的试卷测试的方式,对学生的学习效果进行定量评价,也可以结合实际情况和学生表现,优化设置反馈清单,对学生进行定性评价。其次,高中化学教师还要关注对学生化学实验成果的评价,要注意灵活地选择评价方式。当前化学实验教学中使用的评价方式类型较多,如定性评价、定量评价,定量评价应用更为广泛,比如期末、期中考试等。定量评价大多是让学生进行纸笔测验,对学生的试卷进行批阅,根据学生的测试分数评价学生对化学实验的学习情况。这种方式适用于大规模考试,但是也具有一定的局限性,不能实现对学生认知的评价。因此,在评价学生的实验成果时,要坚持定量评价、定性评价相结合的方式,除了测试分数,还要关注学生实验活动中的行为表现。除教师评价之外,还可以采用学生自评、学生互评、小组评价等多种方式。多元评价主体能够帮助学生从各个不同的角度全面、充分地认识自己,从多个维度获得真实的反馈,更清楚地认识到自身现有的不足和问题,从而帮助学生及时地调整自己的学习状态,更好地提升元认知能力,从而进一步推动学生高阶思维的良好发展。

四、结论

文章对化学实验教学对学生高阶思维的要求展开分析,并深入讨论了基于高阶思维培养学生化学实验能力的有效途径。高中化学实验课堂具有发展学生高阶思维能力的独特优势,化学教师明确高阶思维能力的具体内涵、基本要求和价值作用,有利于优化创新化学实验教学课堂,推动学生化学学科核心素养、高阶思维的良好发展。